一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法技术

本发明专利技术提供了一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，该方法包括施工第一长距离定向钻孔、形成冻结层、施工第二长距离定向钻孔和继续施工四个步骤。本发明专利技术通过结合掘进巷道顶板砂岩含水层的水文地质条件，施工水平长距离定向钻孔对顶板砂岩含水层进行冻结，利用形成的冻结层作为隔水层施工长距离定向钻孔对冻结层上方的砂岩含水层进行探放水，对含水层的静储量进行疏放，能够有效减少了巷道的涌水量，同时对顶板砂岩含水层的局部进行加固，进而避免了直接顶板为含水层的掘进巷道水害事故的发生。巷道水害事故的发生。巷道水害事故的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法


[0001]本专利技术属于矿井灾害防治
，涉及煤矿巷道掘进中的矿井灾害防治，具体涉及一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法。

技术介绍

[0002]我国侏罗纪煤炭资源主要分布在西部矿区，其煤炭资源储量占到了全国总储量的60％以上，随着我国煤炭资源开发战略的逐步西移，西部侏罗纪煤炭资源开发成为国民经济发展和国家能源保障的重要支撑。由于侏罗纪含煤地层形成相对于石炭二叠纪含煤地层较晚，其煤层覆岩中的砂岩含水层成熟度较低，胶结性较差，并且很多煤层的直接顶板即为砂岩含水层，当巷道掘进过程中不仅巷道涌水量大，还极易发生突水溃砂。
[0003]巷道在掘进前要对前方顶板含水层进行探放水，但是当掘进巷道水文地质条件复杂时，特别是巷道直接顶板为砂岩含水层时或者直接顶板隔水层较薄时，采用常规钻孔进行探放水时，由于缺少足够厚度的顶板隔水层，会出现还未下设止水套管便发生钻孔大量涌水的现象，缺少止水套管和闸阀的控制，大量的钻孔涌水不仅会严重恶化巷道的作业环境，甚至还会导致水害事故的发生。无法对待掘巷道顶板含水层的静储量进行疏放，则意味着巷道不能正常掘进，严重制约着矿井的正常建设和生产。
[0004]为了防止水害事故，使得巷道顺利掘进，需要对煤层顶板进行加固和改造。然而，由于侏罗纪煤田主采煤层顶板通常为砂岩含水层，如果采用注浆对巷道顶板砂岩含水层进行加固和改造，会因为砂岩孔隙率较低和孔喉较小，导致粒径较大的水泥浆无法大量注入含水层。如果采用化学浆对顶板砂岩含水层进行注浆，不仅造价较高，同时还会污染含水层中的地下水。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，解决现有技术中在复杂水文地质条件下难以实现对煤层顶板砂岩含水层的加固，导致水害事故易发生的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，该方法包括如下具体步骤：
[0008]步骤一，施工第一长距离定向钻孔：
[0009]在已掘巷道内设置钻场，根据预先设计的待掘巷道的位置，施工第一长距离定向钻孔。
[0010]步骤二，形成冻结层：
[0011]在已掘巷道内的钻场旁边施工制冷硐室，将制冷装置与冻结管进行连接后设置在制冷硐室内，然后通过步骤一所述的第一长距离定向钻孔，并采用制冷装置和冻结管对待掘巷道顶板下方的含水层进行冻结，并形成冻结层，然后将待掘巷道向前掘进，掘进时预留
超前距。
[0012]步骤三，施工第二长距离定向钻孔：
[0013]在待掘巷道顶板施工第二长距离定向钻孔，每个钻场施工两个第二长距离定向钻孔，在步骤二所述的冻结层中开孔，并在第二长距离定向钻孔内设置止水套管，然后对冻结层上方的含水层进行疏放水。
[0014]步骤四，继续施工：
[0015]在已掘巷道迎头处再次重复实施步骤一至步骤三，直到待掘巷道掘进至设计位置。
[0016]本专利技术还具有如下技术特征：
[0017]具体的，步骤一中，所述的第一长距离定向钻孔的长度为500m，第一长距离定向钻孔的内孔直径为165mm。
[0018]具体的，所述的第一长距离定向钻孔的个数为五个，第一长距离定向钻孔的个数按照如下式Ⅰ计算并确定：
[0019]n＝W/(0.7r)式Ⅰ。
[0020]式中：
[0021]n表示长距离定向钻孔的个数。
[0022]w表示待掘巷道的宽度。
[0023]r表示单个第一长距离定向钻孔的冻结半径。
[0024]具体的，步骤一中，施工第一长距离定向钻孔的具体过程为：施工第一长距离定向钻孔前，对钻场顶板进行挑高施工3m，形成多个钻探作业空间，然后将长距离定向钻机固定在支架上，利用作业空间向待掘巷道顶板内施工多组第一长距离定向钻孔，在施工第一长距离定向钻孔时设置止水套管。
[0025]具体的，步骤一中，步骤一中，多组第一长距离定向钻孔呈扇形结构布设，相邻的第一长距离定向钻孔的中心之间的距离为1.4m。
[0026]具体的，步骤二中，制冷硐室的长度为3m，宽度为2.5m，高度为2.4m，多个制冷硐室为等间距布设，相邻的制冷硐室的间距为500m。
[0027]具体的，步骤二中，采用氯化钙溶液对含水层下部进行冻结，冻结时间为10～30天，氯化钙溶液的温度为
‑
32℃～
‑
30℃。
[0028]具体的，步骤二中，冻结管的总长度为500m。
[0029]具体的，步骤三中，第二长距离定向钻孔长度为500m。
[0030]具体的，步骤三中，第二长距离定向钻孔位于含水层底板上方1m，距离待掘巷道中心线6m。
[0031]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
[0032](Ⅰ)本专利技术的复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，通过结合掘进巷道顶板砂岩含水层的水文地质条件，施工水平长距离定向钻孔对顶板砂岩含水层进行冻结，利用形成的冻结层作为隔水层施工长距离定向钻孔对冻结层上方的砂岩含水层进行探放水，对含水层的静储量进行疏放，能够有效减少了巷道的涌水量，同时对顶板砂岩含水层的局部进行加固，进而避免了直接顶板为含水层的掘进巷道水害事故的发生。
[0033](Ⅱ)本专利技术的复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，通过在巷道掘
进前在其顶板砂岩含水层下部形成一定厚度的冻结层，不仅能够有效阻隔含水层中地下水向巷道的补给，还能实现对掘进巷道顶板弱胶结砂岩含水层的有效固结，待长距离定向钻孔对冻结层上方含水层的静储量进行有效疏放后，加上停止对巷道直接顶板含水层的冻结后，原冻结层中的长距离定向钻孔还可对冻结层转化为含水层后的静储量进行补充疏放，彻底消除巷道顶板砂岩含水层对巷道安全掘进的影响和威胁。
[0034](Ⅲ)本专利技术的复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，采用长距离定向钻孔能够一次性治理500m左右的巷道顶板水害问题，在前序巷道顶板冻结层解冻的同时可以对后续待掘巷道顶板水害进行治理，显著提高了掘进巷道水害治理的效率。
[0035](Ⅳ)本专利技术的复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，由于仅对巷道顶板含水层进行冻结，在对顶板水害防治过程中未采用其他材料对含水层进行改造，不会产生污染，实现了掘进巷道顶板水害的绿色化防治。
附图说明
[0036]图1为钻探作业空间和制冷硐室的剖面示意图。
[0037]图2为钻探作业空间和制冷硐室的平面示意图。
[0038]图3为第一组第一长距离定向钻孔冻结待掘巷道顶板含水层的平面示意图。
[0039]图4为第二组及后续的第一长距离定向钻孔冻结待掘巷道顶板含水层的剖面示意图。
[0040]图5为第二组及后续的第一长距离定向钻孔冻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤：步骤一，施工第一长距离定向钻孔：在已掘巷道(1)内设置钻场，根据预先设计的待掘巷道(2)的位置，施工第一长距离定向钻孔(3)；步骤二，形成冻结层：在已掘巷道(1)内的钻场旁边施工制冷硐室(4)，将制冷装置(5)与冻结管进行连接后设置在制冷硐室(4)内，然后通过步骤一所述的第一长距离定向钻孔(3)，并采用制冷装置(5)和冻结管对待掘巷道(2)顶板下方的含水层(6)进行冻结，并形成冻结层(7)，然后将待掘巷道(2)向前掘进，掘进时预留超前距；步骤三，施工第二长距离定向钻孔：在待掘巷道(2)顶板施工第二长距离定向钻孔(8)，每个钻场施工两个第二长距离定向钻孔(8)，在步骤二所述的冻结层(7)中开孔，并在第二长距离定向钻孔(8)内设置止水套管，然后对冻结层(7)上方的含水层(6)进行疏放水；步骤四，继续施工：在已掘巷道(1)迎头处再次重复实施步骤一至步骤三，直到待掘巷道(2)掘进至设计位置。2.如权利要求1所述的复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，其特征在于，步骤一中，所述的第一长距离定向钻孔(3)的长度为500m，第一长距离定向钻孔(3)的内孔直径为165mm。3.如权利要求1所述的复杂水文地质条件下掘进巷道水害的超前防治方法，其特征在于，所述的第一长距离定向钻孔(3)的个数为五个，第一长距离定向钻孔(3)的个数按照如下式Ⅰ计算并确定：n＝W/(0.7r)
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式Ⅰ；式中：n表示长距离定向钻孔的个数；w表示待掘巷道的宽度；r表示单个第一长距离定向钻孔(3)的冻结半径。4.如权利要求1所述的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宝峰，姬亚东，王皓，王世东，朱开鹏，高雅，张泽源，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：